(57)【要約】      （修正有）【課題】  半導体層上に透明な導電性酸化物膜を有する半導体発光素子において、透明性を維持し、光の取り出し効率を向上させながら、半導体層と導電性酸化物膜間のショットキー障壁を低減し、コンタクト抵抗が小さく、良好なオーミック接続を得られる電極及びこの電極を備えた半導体発光素子を提供する。【解決手段】窒化物半導体層と、該窒化物半導体層に接続された電極とを含む半導体素子であって、前記電極は、前記窒化物半導体層に接触する銀又は銀合金を含む金属膜を含んでなり、前記窒化物半導体層は、（１）表面上に、前記電極が接続された領域から離れた領域の少なくとも一部に、前記電極接続領域における窒化物半導体層よりも層が厚い領域を有するか、（２）表面上に、前記電極が接続された領域から離れる方向に向かって、前記電極接続領域における窒化物半導体層と層の厚さが異なる領域と、該厚さがほぼ同一の領域とをこの順に有する半導体素子。【選択図】  図１
2006245230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体層と、該窒化物半導体層に接続された電極とを含んで構成される半導体素子であって、
前記電極は、前記窒化物半導体層に接触する銀又は銀合金を含む金属膜を含んでなり、
前記窒化物半導体層は、その表面において、前記電極が接続された領域から離れた領域の少なくとも一部に、前記電極接続領域における窒化物半導体層よりも層が厚い領域を有することを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
窒化物半導体層と、該窒化物半導体層に接続された電極とを含んで構成される半導体素子であって、
前記電極は、前記窒化物半導体層に接触する銀又は銀合金を含む金属膜を含んでなり、
前記窒化物半導体層は、その表面において、前記電極が接続された領域から離れる方向に向かって、前記電極接続領域における窒化物半導体層と層の厚さが異なる領域と、該厚さがほぼ同一の領域とをこの順に有することを特徴とする半導体発光素子。
【請求項３】
層の厚さが異なる領域は、電極接続領域における窒化物半導体層より層の厚さが薄い請求項２に記載の素子。
【請求項４】
前記窒化物半導体層は、厚さが異なる領域及び同一の領域に連続する側面と、該同一の領域の表面とが鋭角をなす請求項２または３に記載の素子。
【請求項５】
前記電極は、銀又は銀合金からなる第１金属膜と、該第１金属膜とは異なる材料からなり、かつ該第１金属膜を被覆する第２金属膜とを有する請求項１〜４のいずれか１つに記載の素子。
【請求項６】
前記第２金属膜は、窒化物半導体層よりも層が厚い領域又は窒化物半導体層と層の厚さが異なる領域にまで連続した膜である請求項１〜５のいずれか１つに記載の素子。
【請求項７】
第２金属膜は、窒化物半導体層にショットキー接続されてなる請求項６に記載の素子。
【請求項８】
第１金属膜と窒化物半導体層との接続は、第２金属膜と窒化物半導体層との接続よりもオーミックに接触してなる請求項７に記載の素子。
【請求項９】
前記電極の一部を被覆する絶縁膜を有する請求項１〜８のいずれか１つに記載の素子。
【請求項１０】
前記絶縁膜が窒化物半導体層よりも層が厚い領域又は窒化物半導体層と層の厚さが異なる領域の上方にまで連続した膜である請求項１〜９のいずれか１つに記載の素子。
【請求項１１】
前記絶縁膜が、窒化シリコンまたは窒化酸化シリコンからなる群から選択される少なくとも１種である請求項１〜１０のいずれか１つに記載の素子。
【請求項１２】
前記第１金属膜は、少なくとも、銀又は銀合金からなる膜と、該膜上に配置された銀と実質的に反応しない金属膜との積層膜により形成されてなる請求項１〜１１のいずれかに記載の素子。
【請求項１３】
前記窒化物半導体層は、第１導電型の窒化物半導体層上に有する第２導電型の窒化物半導体層である請求項１〜１２のいずれかに記載の素子。
【請求項１４】
窒化物半導体層よりも層が厚い領域又は窒化物半導体層と層の厚さが異なる領域がｐ型窒化物半導体層にある請求項１３に記載の素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体からなる半導体発光素子に関し、より詳細には、半導体発光素子における電極の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、フリップチップタイプの窒化物半導体発光素子において、ｐ電極として、銀又は銀合金からなる電極が形成された構成が利用されている。銀は、発光素子における発光層で生じた光を高効率に反射させることから、高輝度の発光素子を実現することができる。
しかし、ｐ側の電極材料として銀を用いた場合には、外部等との接続のために銀電極表面の一部を露出させることが必要であり、これが一因となってマイグレーションが発生、促進され、発光強度及び寿命の低下等を招くという問題があった。
【０００３】
そこで、銀電極表面の露出を防止するために、銀を含まない電極材料によって銀電極を完全に被覆し、その上に保護膜を形成するという対策が採られている。しかし、電極形成後の熱処理により又はその熱処理条件等により、銀が、銀を含まない電極材料に拡散することを十分に抑えることはできず、銀のマイグレーションを防止することができないという問題がある。
これに対して、銀電極と銀を含まない電極材料との間に、複数の貫通孔を有するＳｉＯ2膜を配置し、この貫通孔を通じて銀電極と銀を含まない電極材料との電気的接続を行い、銀のマイグレーションを防止する方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１６８８２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、銀電極と銀を含まない電極材料との間にＳｉＯ2膜を配置するため、貫通孔により電気的な接続を確保しているとはいえ、両者の接触抵抗が上昇するという問題を招く。
また、ＳｉＯ2膜による物理的な遮断によって、銀を含まない電極材料への銀のマイグレーションが抑えられるとしても、窒化物半導体層への銀のマイグレーションを有効に防止するまでには至っておらず、依然として銀のマイグレーションに起因する発光強度の低下、発光素子の寿命の低下を抑制することができないのが現状である。
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、窒化物半導体層上に高反射効率を有する銀又は銀を主体とする電極が接触して形成されている場合において、銀の窒化物半導体へのマイグレーションを有効に防止するとともに、電極の剥がれ等に起因する物理的な損傷を防止し、より信頼性の高い、高品質の半導体発光素子を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の発明者は、銀又は銀合金からなる電極の銀のマイグレーションについて鋭意研究を行った結果、銀又は銀合金からなる電極における銀のマイグレーションが、窒化物半導体層からなる半導体発光素子において、通電した際の水平方向の電界によって発生することを突き止め、さらに、水平方向の電界を遮断するように、深さ方向に凹んだ溝を配置することにより、劇的に銀のマイグレーションを回避することができることを見出した。また、銀のマイグレーションを防止するために被覆する電極材料膜の密着性を向上させることにより、十分な光閉じ込めを実現することができることを見出し、本発明の完成に至った。
【０００７】
すなわち、本発明の半導体発光素子は、窒化物半導体層と、該窒化物半導体層に接続された電極とを含んで構成される半導体素子であって、前記電極は、前記窒化物半導体層に接触する銀又は銀合金を含む金属膜を含んでなり、かつ（１）この窒化物半導体層は、その表面において、前記電極が接続された領域から離れた領域の少なくとも一部に、前記電極接続領域における窒化物半導体層よりも層が厚い領域を有するか、あるいは（２）この窒化物半導体層は、その表面において、前記電極が接続された領域から離れる方向に向かって、前記電極接続領域における窒化物半導体層と層の厚さが異なる領域と、該厚さがほぼ同一の領域とをこの順に有することを特徴とする。
【０００８】
このような半導体素子では、層の厚さが異なる領域は、電極接続領域における窒化物半導体層より層の厚さが薄いことが好ましい。
また、窒化物半導体層は、厚さが異なる領域及び同一の領域に連続する側面と、該同一の領域の表面とが鋭角をなすことが好ましい。
さらに、電極は、銀又は銀合金からなる第１金属膜と、該第１金属膜とは異なる材料からなり、かつ該第１金属膜を被覆する第２金属膜とを有することが好ましい。
また、第２金属膜は、窒化物半導体層よりも層が厚い領域又は窒化物半導体層と層の厚さが異なる領域にまで連続した膜である及び／又は窒化物半導体層にショットキー接続されてなることが好ましい。
【０００９】
さらに、第１金属膜と窒化物半導体層との接続は、第２金属膜と窒化物半導体層との接続よりもオーミックに接触してなることが好ましい。
また、電極の一部を被覆する絶縁膜を有し、特に、絶縁膜が窒化物半導体層よりも層が厚い領域又は窒化物半導体層と層の厚さが異なる領域の上方にまで連続した膜であり、絶縁膜が、窒化シリコンまたは窒化酸化シリコンからなる群から選択される少なくとも１種であることが好ましい。
さらに、第１金属膜は、少なくとも、銀又は銀合金からなる膜と、該膜上に配置された銀と実質的に反応しない金属膜との積層膜により形成されてなることが好ましい。
また、窒化物半導体層は、第１導電型の窒化物半導体層上に有する第２導電型の窒化物半導体層であり、特に、窒化物半導体層よりも層が厚い領域又は窒化物半導体層と層の厚さが異なる領域がｐ型窒化物半導体層にあることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の半導体発光素子によれば、電極が銀又は銀合金からなる金属膜により形成され、かつ窒化物半導体層は、その表面において、電極が接続された領域から離れた領域の少なくとも一部に、前記電極接続領域における窒化物半導体層よりも層が厚い領域を有するか、あるいは、前記電極が接続された領域から離れる方向に向かって、前記電極接続領域における窒化物半導体層と層の厚さが異なる領域と、該厚さがほぼ同一の領域とをこの順に有するために、水平方向の電界を有効に遮断することができ、これに起因して、銀のマイグレーションを有効に防止することができる。その結果、発光強度の向上及び寿命の増大を図り、信頼性の高い、高品質の半導体発光素子を得ることが可能となる。
【００１１】
特に、厚さが異なる領域及び同一の領域に連続する側面と、該同一の領域の表面とが鋭角をなす場合には、より確実に銀のマイグレーションを防止することができる。
銀又は銀合金からなる第１金属膜の上に、さらに、第１金属膜を被覆する第２金属膜が形成されている場合には、第１金属膜が露出されないために、第１金属膜と水分との接触を阻止することができ、より一層、銀のマイグレーションを防止することが可能になる。
さらに、第２金属膜は、少なくとも金属膜と接触する領域において銀と実質的に反応しない金属、例えば、ニッケルによって形成されている場合には、窒化物半導体との界面近傍において、銀の存在率を減少させることがない。つまり、金属膜中の銀が、第２金属膜との反応によって第２金属膜側に拡散、移動等をすることを防止することができ、発光層から照射された光を、窒化物半導体の表面付近において、高効率で反射させることができ、より発光効率を高めることが可能となる。
【００１２】
また、電極の少なくとも一部を被覆する窒化物からなる絶縁膜が形成されてなる場合には、半導体発光素子の電極において、電極に作用し得る水分又は湿気を、その近傍に配置する絶縁膜における窒素原子が確実に捕らえると考えられる。これにより、銀又は銀合金からなる金属膜を含む電極を熱処理及び通電しても、銀のマイグレーションを有効に防止することができ、発光強度の向上及び寿命の増大を図り、信頼性の高い、高品質の半導体発光素子を得ることができる。
【００１３】
特に、絶縁膜として特定の窒化物を用いることにより、通常の製造プロセスを行うのみで、簡便に絶縁膜を形成することができることに加えて、銀電極のＡｇのマイグレーションに作用する水分又は湿気を回避して、上記効果をより顕著に実現することができる。
また、電極がｐ型窒化物半導体層に接続されている場合には、上述した効果に加え、電子の拡散が起こりにくいｐ型窒化物半導体層において、良好なオーミックコンタクトを確保して、電流拡散をより向上させながら、発光層からの光の反射効率を最大限に発揮させることができる。したがって、光の取り出し効率を向上させることができ、高品質、高性能の発光素子を得ることができる。
【００１４】
特に、第１電極が半導体層にオーミック接続され及び／又は第２金属膜が半導体層にショットキー接続されていることにより、第１金属膜の直下において、十分に光の閉じ込めを行うことができ、優れた発光効率を確保することができ、さらに第１金属膜を構成する銀によって反射効率を向上させることができる。しかも、第１金属膜の密着性を向上させることができる。したがって、発光強度の向上及び寿命の増大を図り、信頼性の高い、高品質の半導体発光素子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の半導体発光素子は、上述したように、窒化物半導体層と、この窒化物半導体上に形成された電極とを含んで構成される。
窒化物半導体層上に形成される電極は、窒化物半導体層に接続されており、少なくとも銀又は銀合金からなる金属膜（以下「第１金属膜」と記す）を含んで形成される。また、第１金属膜を被覆するように、第１金属膜とは異なる材料からなる第２金属膜を有していることが好ましい。この電極、特に第１金属膜は、オーミック接続されていることが好ましい。第１金属膜の半導体層に対するオーミック性は、第２金属膜の半導体層に対するオーミック性よりも良好であることがより好ましい。ここでオーミック接続とは、当該分野で通常用いられている意味であり、例えば、その電流−電圧特性が直線又は略直線となる接合を指す。また、デバイス動作時の接合部での電圧降下及び電力損失が無視できるほど小さいことを意味する。よって、オーミックに接触するとは、その電流―電圧特性がより直線に近づいていることを意味する。第１金属膜は、半導体層にオーミック接続されて効率的な電流の投入を図るとともに、発光層からの光を効率よく反射させることを意図するものであるため、半導体層上の略全面に、広い面積で形成されることが好ましい。
【００１６】
第１金属膜は、銀の単層膜であってもよいし、銀合金の単層膜であってもよいし、銀又は銀合金を最下層に含む積層膜であってもよい。
銀合金としては、銀と、Ｐｔ、Ｃｏ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｒｈ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｉｒ、Ｇａ、Ｎｄ及びＲｅからなる群から選択される１種又は２種以上の電極材料との合金が挙げられる。なお、Ｎｉは銀とは合金化されにくいが、銀膜中にＮｉ元素を含むものであってもよい。
【００１７】
第１金属膜は、半導体層側から第２金属膜側にかけて、その組成に傾斜があってもよい。例えば、半導体側においては銀膜又は銀と１％程度までの銀以外の元素とを含む合金等であってもよく、第２金属膜側においては銀と５％程度までの銀以外の元素とを含む合金等であってもよい。
最下層以外の膜は、銀又は銀合金であってもよいし、銀又は銀合金を含まない電極材料により形成されていてもよい。また、最下層以外の膜は、これら電極材料及びＮｉを含む群から選択される１種又は２種以上の金属又は合金の単層膜又は２層以上の積層膜、銀と実質的に反応しない金属膜等であることが好ましい。
【００１８】
第１金属膜の好ましい例としては、銀の単層膜であり、さらに、銀と実質的に反応しない金属（上）／銀又は銀合金（下）の２層構造、貴金属（上）／銀又は銀合金（下）の２層構造、貴金属（上）／銀と実質的に反応しない金属（中）／銀又は銀合金（下）の３層構造、貴金属２層（上）／銀と実質的に反応しない金属（中）／銀又は銀合金（下）の４層構造等がより好ましい。ここでの貴金属は白金族系金属又は金等が挙げられ、なかでもＰｔ及び金が好ましい。
【００１９】
銀と実質的に反応しない金属としては、１０００℃以下の温度で銀と実質的に反応しない金属、具体的には、ニッケル（Ｎｉ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）等が挙げられる。なかでも、Ｎｉが好ましい。
【００２０】
第１金属膜の膜厚は特に限定されないが、例えば、銀又は銀合金単層の場合は発光層からの光を有効に反射させることができる膜厚、具体的には、２００Å〜１μｍ程度、５００Å〜３０００Å程度、好ましくは１０００Å程度が挙げられる。積層構造の場合は、総膜厚が、５００Å〜５μｍ程度、５００Å〜１μｍ程度が挙げられ、この程度の範囲内で、それに含まれる銀又は銀合金膜を適宜調整することができる。また、積層構造の場合は、銀又は銀合金膜とその上に積層される膜とは、同一工程でパターニングすることによって同一の形状であってもよいが、最下層の銀又は銀合金膜をその上に積層される膜（好ましくは、銀と反応しない金属膜）で被覆することが好ましい。これにより、銀と反応しない金属膜の上に、第１金属膜の一部としてどのような電極材料が形成されても、銀又は銀合金膜とは直接接触しないために、銀との反応を阻止することができる。
【００２１】
第１金属膜は、第１金属膜の積層状態によって、例えば、銀の単層膜の直上にニッケル膜が配置する場合などにおいて、少なくとも半導体層との界面において結晶化されていてもよい。第１金属膜の結晶化によって、半導体層とのより良好なオーミック性を確保することができる。ここで、結晶化とは、例えば、断面を透過電子顕微鏡法（ＴＥＭ）により観察する方法、走査型電子顕微鏡法（ＳＥＭ）により観察する方法、電子回折パターンを測定する方法、超薄膜評価装置で観察する方法等によって、結晶粒の界面が視認できることを意味する。この場合の結晶粒は、例えば、１０〜１００ｎｍ程度の径（長さ、高さ又は幅）を有しているものとして視認し得ることが好ましい。
【００２２】
第１金属膜を、半導体層との界面において結晶化する方法は、公知の方法、例えば、蒸着法、スパッタ法、イオンビームアシスト蒸着法等の方法により第１金属膜を形成した後、大気雰囲気下又は窒素雰囲気下で、１０〜３０分間程度、３００〜６００℃程度の温度範囲で熱処理する方法が挙げられる。
【００２３】
第２金属膜は、第１金属膜を完全に又は略完全に被覆していてもよいし、通常のパッド電極等のように、第１金属膜の表面及び／又は側面の一部を被覆するように形成されていてもよい。ここで、完全に又は略完全に被覆するとは、第１金属膜の上面のすべて及び側面の全面が実質的に被覆されていることを意味する。また、第１金属膜を完全又は略完全に被覆する第２金属膜を、いわゆるカバー電極として形成し、さらにこの上にパッド電極等を形成してもよい。
【００２４】
また、第２金属膜は、第１金属膜上のみならず、後述するように、半導体層の表面にまで連続して配置していてもよい。この場合、後述するように、例えば、第１金属膜が形成されている領域の半導体層よりも層が厚い領域又はその半導体層と層の厚さが異なる領域にまでに及ぶ連続した膜であることが好ましい。
【００２５】
なお、第２金属膜が半導体層に接触する場合には、ショットキー接続されてなることが好ましい。ここでショットキー接続とは、当該分野で通常用いられている意味であり、例えば、その電流−電圧特性が直線又は略直線とならない接合を指す。また、デバイス動作時の接合部での電位障壁が０．１Ｖ程度以上、好ましくは１〜２Ｖ程度のものが挙げられる。
【００２６】
第２金属膜を半導体層にショットキー接続する方法は、特に限定されるものではなく、公知の方法を利用することができる。例えば、リフトオフ法等の公知の方法により半導体層上に所望形状の第１金属膜を形成した後、その第１金属膜よりも大きな窓を有するレジストパターンを、半導体層上に形成し、このレジストパターンと第１金属膜とをマスクとして用いてドライエッチング又はウェットエッチングによってエッチングする方法、スパッタリング又はアッシング（例えば、プラズマアッシング）などの表面処理をする方法等が挙げられる。なお、第２金属膜が接続される半導体層表面は、後述するように、通常の表面処理等が施されているか、あるいは、半導体層の厚さを増減するためのエッチングが施されているために、半導体層の特性に影響を与えない程度で、部分的な凹凸又は凹部が形成されていてもよい。これにより、第２金属膜の半導体層への密着性をより良好にすることができる。
【００２７】
また、変形例として、少なくとも第１金属膜と窒化物半導体層との接合部における電位障壁よりも、第２金属膜と窒化物半導体層との接合部における電位障壁を大きくすることにより、銀または銀合金からなる第１金属膜によるマイグレーションの問題を低減することができる。このような電位障壁の関係を有する電極を用いることでも、窒化物半導体層の表面において、膜厚が異なる領域を設けた構成によるマイグレーション防止の効果がさらに向上する。
【００２８】
第２金属膜の材料は、例えば、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、ランタン（Ｌａ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、イットリウム（Ｙ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属、合金、ＩＴＯ、ＺｎＯ2、ＳｎＯ等の導電性酸化物膜の単層膜又は積層膜等が挙げられる。なかでも、Ｐｔ単層膜、Ａｕ（上）／Ｐｔ（下）の２層構造膜、Ｐｔ（上）／Ａｕ（中）／Ｐｔ（下）の３層構造膜等が好ましい。
【００２９】
特に、第１金属膜が銀又は銀合金の単層膜の場合には、上述したように、銀と実質的に反応しない金属を、第２金属膜の少なくとも第１金属膜と接触する領域に配置することが好ましい。また、これら電極の上にワイヤボンディングなど、他の端子との接続のために通常用いられる導電性材料、例えば、金、白金等を第２金属膜の上面（接続領域）に配置させることが好ましい。さらに、後述する絶縁膜との密着性の良好な材料を第２金属膜の上面に配置させることが好ましい。
【００３０】
第２金属膜の膜厚は、特に限定されるものではなく、例えば、その上にＡｕバンプを形成する場合には第２金属膜を比較的厚めに、共晶（Ａｕ−Ｓｎ等）バンプを形成する場合には第２金属膜を比較的薄めに設定するなど、具体的には、総膜厚が１００〜１０００ｎｍ程度となる範囲で適宜調整することが好ましい。
【００３１】
本発明の半導体発光素子において、窒化物半導体層は、例えば、基板上に第１導電型窒化物半導体層、発光層、第２導電型窒化物半導体層がこの順に積層されて構成されたものが挙げられる。第１導電型とは、ｐ型又はｎ型を指し、第２導電型とは、第１導電型とは異なる導電型、つまりｎ型又はｐ型を示す。好ましくは、第１導電型半導体層がｎ型半導体層であり、第２導電型半導体層がｐ型半導体層である。
基板としては、例えば、サファイア、スピネル、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓ等の公知の絶縁性基板及び導電性基板を用いることができる。なかでも、サファイア基板が好ましい。
絶縁性基板は、最終的に取り除いてもよいし、取り除かなくてもよい。絶縁性基板を取り除く場合、ｐ電極及びｎ電極は、同一面側に形成されていてもよいし、異なる面に形成されていてもよい。絶縁性基板を取り除かない場合、通常、ｐ電極およびｎ電極はいずれも窒化物半導体層上の同一面側に形成されることになる。
【００３２】
窒化物半導体層は、特に限定されるものではないが、例えば、ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）等の窒化ガリウム系化合物半導体が好適に用いられる。窒化物半導体層は、単層構造でもよいが、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合又はＰＮ接合を有したホモ構造、ヘテロ構造又はダブルへテロ構造等の積層構造であってもよく、超格子構造や、量子効果が生ずる薄膜を積層した単一量子井戸構造又は多重量子井戸構造であってもよい。また、ｎ型、ｐ型のいずれかの不純物がドーピングされていてもよい。この窒化物半導体層は、例えば、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）、分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ）等の公知の技術により形成することができる。窒化物半導体層の膜厚は特に限定されるものではなく、種々の膜厚のものを適用することができる。
【００３３】
窒化物半導体層の積層構造としては、例えば、次の（１）〜（５）に示すものが挙げられる。
（１）ＧａＮよりなるバッファ層（膜厚：２００Å）、Ｓｉドープｎ型ＧａＮよりなるｎ側コンタクト層（４μｍ）、アンドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる単一量子井戸構造の発光層（３０Å）、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなるｐ型クラッド層（０．２μｍ）、Ｍｇドープｐ型ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層（０．５μｍ）。
【００３４】
（２）ＡｌＧａＮからなるバッファ層（膜厚：約１００Å）、アンドープＧａＮ層（１μｍ）、Ｓｉを４．５×１０18／ｃｍ3含むＧａＮからなるｎ側コンタクト層（５μｍ）、アンドープＧａＮからなる下層（３０００Å）と、Ｓｉを４．５×１０18／ｃｍ3含むＧａＮからなる中間層（３００Å）と、アンドープＧａＮからなる上層（５０Å）との３層からなるｎ側第１多層膜層（総膜厚：３３５０Å）、アンドープＧａＮ（４０Å）とアンドープＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ（２０Å）とが繰り返し交互に１０層ずつ積層されてさらにアンドープＧａＮ（４０Å）が積層された超格子構造のｎ側第２多層膜層（総膜厚：６４０Å）、アンドープＧａＮからなる障壁層（２５０Å）とＩｎ0.3Ｇａ0.7Ｎからなる井戸層（３０Å）とが繰り返し交互に６層ずつ積層されてさらにアンドープＧａＮからなる障壁層（２５０Å）が積層された多重量子井戸構造の発光層（総膜厚：１９３０Å）、Ｍｇを５×１０19／ｃｍ3含むＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ（４０Å）とＭｇを５×１０19／ｃｍ3含むＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ（２５Å）とが繰り返し５層ずつ交互に積層されてさらにＭｇを５×１０19／ｃｍ3含むＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ（４０Å）が積層された超格子構造のｐ側多層膜層（総膜厚：３６５Å）、Ｍｇを１×１０20／ｃｍ3含むＧａＮからなるｐ側コンタクト層（１２００Å）。
【００３５】
（３）ＡｌＧａＮからなるバッファ層（膜厚：約１００Å）アンドープＧａＮ層（１μｍ）、Ｓｉを４．５×１０18／ｃｍ3含むＧａＮからなるｎ側コンタクト層（５μｍ）、アンドープＧａＮからなる下層（３０００Å）と、Ｓｉを４．５×１０18／ｃｍ3含むＧａＮからなる中間層（３００Å）と、アンドープＧａＮからなる上層（５０Å）との３層からなるｎ側第１多層膜層（総膜厚：３３５０Å）、アンドープＧａＮ（４０Å）とアンドープＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ（２０Å）とが繰り返し交互に１０層ずつ積層されてさらにアンドープＧａＮ（４０Å）が積層された超格子構造のｎ側第２多層膜層（総膜厚：６４０Å）、アンドープＧａＮからなる障壁層（２５０Å）とＩｎ0.3Ｇａ0.7Ｎからなる井戸層（３０Å）とＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなる第１の障壁層（１００Å）とアンドープＧａＮからなる第２の障壁層（１５０Å）が繰り返し交互に６層ずつ積層されて形成された多重量子井戸構造の発光層（総膜厚：１９３０Å）（繰り返し交互に積層する層は３層〜６層の範囲が好ましい）、Ｍｇを５×１０19／ｃｍ3含むＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ（４０Å）とＭｇを５×１０19／ｃｍ3含むＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ（２５Å）とが繰り返し５層ずつ交互に積層されてさらにＭｇを５×１０19／ｃｍ3含むＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ（４０Å）が積層された超格子構造のｐ側多層膜層（総膜厚：３６５Å）、Ｍｇを１×１０20／ｃｍ3含むＧａＮからなるｐ側コンタクト層（１２００Å）。
【００３６】
なお、このうち、ｎ側に設けるアンドープＧａＮからなる下層（３０００Å）を、下からアンドープＧａＮからなる第1の層（１５００Å）、Ｓｉを５×１０17／ｃｍ3含むＧａＮからなる第２の層（１００Å）及びアンドープＧａＮからなる第３の層（１５００Å）からなる３層構造の下層とすることで、発光素子の駆動時間経過に伴うＶfの変動を抑えることが可能となる。
さらに、ｐ側多層膜層とｐ側コンタクト層との間に、ＧａＮ又はＡｌＧａＮ（２０００Å）で形成してもよい。この層は、アンドープで形成され、隣接する層からのＭｇの拡散により、ｐ型を示す。この層を設けることで、発光素子の静電耐圧が向上する。この層は、静電保護機能を別途設けた発光装置に用いる場合にはなくてもよいが、発光素子外部に静電保護素子など、静電保護手段を設けない場合には、静電耐圧を向上させることができるので設けることが好ましい。
【００３７】
（４）バッファ層、アンドープＧａＮ層、Ｓｉを６．０×１０18／ｃｍ3含むＧａＮからなるｎ側コンタクト層、アンドープＧａＮ層（以上が総膜厚６ｎｍのｎ型窒化物半導体層）、Ｓｉを２．０×１０18／ｃｍ3含むＧａＮ障壁層とＩｎＧａＮ井戸層とを繰り返し５層ずつ交互に積層された多重量子井戸の発光層（総膜厚：１０００Å）、Ｍｇを５．０×１０18／ｃｍ3含むＧａＮからなるｐ型窒化物半導体層（膜厚：１３００Å）。
さらに、ｐ型窒化物半導体層の上にＩｎＧａＮ層（３０〜１００Å、好ましくは５０Å）を有してもよい。これにより、このＩｎＧａＮ層が電極と接するｐ側コンタクト層となる。このようにＭｇがドープされていない層であっても、隣接するｐ型半導体層よりも相対的に膜厚が薄ければ、ｐ電極を形成するｐ型窒化物半導体層として機能する。
【００３８】
（５）バッファ層、アンドープＧａＮ層、Ｓｉを１．３×１０19／ｃｍ3含むＧａＮからなるｎ側コンタクト層、アンドープＧａＮ層（以上が総膜厚６ｎｍのｎ型窒化物半導体層）、Ｓｉを３．０×１０18／ｃｍ3含むＧａＮ障壁層とＩｎＧａＮ井戸層とを繰り返し７層ずつ交互に積層された多重量子井戸の発光層（総膜厚：８００Å）、Ｍｇを２．５×１０20／ｃｍ3含むＧａＮからなるｐ型窒化物半導体層。このｐ型窒化物半導体層の上には、ｐ側コンタクト層として、ＩｎＧａＮ層（３０〜１００Å、好ましくは５０Å）を形成してもよい。
【００３９】
窒化物半導体層の表面には、電極が接続された領域から離れた領域の少なくとも一部に、電極接続領域における窒化物半導体層よりも層が厚い領域を有することが好ましい。例えば、図４に示したように、ｐ型半導体層５の表面において、第１金属膜が形成された領域から、距離Ａ離れて、第１金属膜形成領域よりも、ｐ型半導体層５が厚い領域ｔを有している。いいかえると、ｐ型半導体層５の表面であって、電極形成領域の外周の一部において、溝４１０が形成されている。
【００４０】
また、窒化物半導体層の表面には、電極が接続された領域から離れる方向に向かって、電極接続領域における窒化物半導体層と層の厚さが異なる領域（好ましくは、薄い領域）と、厚さがほぼ同一の領域とをこの順に有していてもよい。例えば、図１に示したように、ｐ型半導体層５の表面において、第１金属膜が形成された領域から離れる方向（Ｂの方向）に向かって、まず、第１金属膜形成領域におけるｐ型半導体層５の厚さと異なる領域（例えば、薄い領域）ｓを有しており、次いで、第１金属膜形成領域におけるｐ型半導体層５の厚さとほぼ同一の領域ｙを有している。いいかえると、ｐ型半導体層５の表面であって、電極形成領域の外周にむかって、溝１１０が形成されている。
【００４１】
あるいは、図５に示したように、第１金属膜が形成された領域から離れる方向に向かって、まず、第１金属膜形成領域におけるｐ型半導体層５の厚さと異なる領域（例えば、厚い領域）ｘを有しており、次いで、第１金属膜形成領域におけるｐ型半導体層５の厚さとほぼ同一の領域ｚを有していてもよい。いいかえると、ｐ型半導体層５の表面であって、電極形成領域の外周に、溝５１０が形成されている。
【００４２】
このように、電極から離れた領域又は離れる方向への窒化物半導体層の膜厚が増減する領域は、電極の外周の少なくとも一部領域において、窒化物半導体層の表面から凹んだ溝が形成されるように配置していることが好ましい。この溝に対応する領域は、電極の外周の全周に渡って形成されていることが好ましいが、例えば、この電極と、他の電極との間において、電子の流れに交差する領域に少なくとも配置していればよい。この溝に対応する領域は、幅が、例えば、１〜１０μｍ程度、深さが５Å程度以上、半導体層の膜厚未満、好ましくは半導体層表面にコンタクト層が形成されている場合にはそのコンタクト層の膜厚未満、例えば、２００Å程度以下とすることが好ましい。ただし、この溝に対応する領域の幅及び深さは、必ずしも一定でなくてもよい。この溝に対応する領域は、電子の流れに交差するように、複数個並列に形成してもよい（図２参照）。
【００４３】
また、この溝に対応する領域は、必ずしも、電極の端部と、その端部が一致するように設けることは必要ではなく、例えば、溝に対応する領域の端部と電極の端部との間に、フォトリソグラフィ工程におけるマスク合わせの際のマージン程度のズレ（隙間）があってもよい。さらに、溝に対応する領域は、垂直な側面を有する形状であってもよいし、その底面側の幅が広く上面に近づくにつれて幅が小さくなる順メサ形状（つまり、厚さが異なる領域及び同一の領域に連続する側面と、その同一の領域の表面とが鋭角をなす形状あるいは、深さ方向に幅広となる形状）、逆に底面に近づくにつれて幅が小さくなる逆メサ形状、これらが組み合わされた形状でもよい。さらに、その形成方法に起因して、金属膜の下方において掘れ込んだ、いわゆるオーバーハング形状であってもよい。これらの形状が組み合わせられた形状でもよい。
【００４４】
このように半導体層の厚さに増減を加える方法は、特に限定されるものではなく、公知の方法を利用することができる。例えば、リフトオフ法等の公知の方法により窒化物半導体層上に所望形状の金属膜を形成した後、その金属膜よりも大きな窓を有するレジストパターンを、窒化物半導体層上に形成し、このレジストパターンと金属膜とをマスクとして用いてドライエッチング又はウェットエッチングによってエッチングする方法が挙げられる。また、金属膜を形成する前に、溝の形状に対応する窓を有するレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして、エッチングしてもよい。
【００４５】
溝に対応する領域は、その底面及び側面の一部又は全部が露出した状態でもよいが、例えば、第２金属膜及び／又は後述する絶縁膜により、その一部又は全部が埋め込まれていることが好ましい。特に、第２金属膜により完全に埋め込まれている場合には、発光層から発生する光が、第２金属膜に反射して、光の取り出し効率を向上させることができるため、好ましい。
【００４６】
また、本発明の半導体発光素子においては、電極の少なくとも一部を被覆する絶縁膜が形成されていることが好ましい。絶縁膜は、酸化物膜（Ａｌ2Ｏ3等）、窒化物膜等を用いることが好ましく、窒化物膜であることがより好ましい。窒化物膜として、代表的には、ＳｉＮ、ＴｉＮ、ＳｉＯxＮy等の単層膜又は積層膜が挙げられる。なかでも、ＳｉＮの単層膜等が好ましい。このように、電極を被覆する絶縁膜に、ＳｉＯ2のような比較的水分の多い膜を用いず、Ｎを含有する膜を用いることにより、窒素原子が水分又は湿気を捉え、銀及び銀合金からなる電極への水分又は湿気を有効に防止すると考えられ、銀のマイグレーションを防止することができる。
なお、絶縁膜は、電極を完全に被覆している必要はなく、電極が他の端子との接続のために必要な領域を除いて被覆されていることが好ましい。絶縁膜の膜厚は、例えば、４００〜１０００ｎｍ程度が適当である。
【００４７】
本発明の半導体発光素子は、平面視において、通常、四角形又は略これに近い形状であり、第１半導体層は、１つの半導体発光素子の一部の領域において、第２半導体層及び発光層、任意に第１半導体層の深さ方向の一部が除去されて、その表面が露出する露出領域を有している。そして、この露出した第１半導体層の表面には、第１電極が形成されている。
本発明の半導体発光素子は、少なくとも、上述した露出領域であって第１電極が形成されていない領域（半導体発光素子の外縁部も含む）に、複数の凹凸が形成されていることが好ましい。つまり、後述するように、発光層が存在しているとしても、正孔及び電子が供給されないために、発光層として機能せず、それ自体発光しない領域に、複数の凹凸が形成されていることが好ましい。
【００４８】
このように、凹凸が形成されていることにより、（１）第１半導体層内を導波する光が、凸部内部に取り込まれ、凸部の頂部又はその途中部分から取り出され、（２）第１半導体層内を導波する光が、凸部の根本にて乱反射し、取り出され、（３）発光層端面から側方に出射した光が、複数の凸部により反射散乱され、取り出されると考えられ、つまり、横方向（半導体発光素子の側面方向）に出射する光を凹凸によって第２半導体層側に選択的に出射させることができ、これにより、光取り出し効率を、例えば、１０〜２０％程度向上させることができるとともに、光指向性の制御を行うことができる。特に、発光層をそれよりも屈折率の低い層で挟んだ構造（所謂、ダブルヘテロ構造）の半導体発光素子においては、これら屈折率の低い層間で光が閉じ込められてしまうために、側面方向への光が主となってしまうが、このような構造の発光素子に対して、特に効果的である。さらに、凹凸を複数設けることにより、第２半導体層側の全領域に渡って均一な光取り出しが可能となる。
【００４９】
凹凸は、露出した第１半導体層上に、半導体層を成長させるなどして、凸部を形成するための特別な工程を行ってもよいが、第１半導体層を露出させる際又は各チップに分割するために所定の領域を薄膜化する際などに、同時に形成することが好ましい。これにより、製造工程の増加を抑えることができる。このように、凹凸は、半導体発光素子の半導体積層構造と同じ積層構造、つまり、異なる材料の複数層から構成されているために、各層の屈折率の差異により、凸部に取り込まれた光が、各層の界面で反射し易くなり、結果として、第２半導体層側への光取り出し向上に寄与しているものと考えられる。
【００５０】
凹凸における凸部は、半導体発光素子断面において、少なくとも発光層とそれに隣接する第１半導体層との界面より高ければよいが、発光層よりも第２半導体層側にその頂部が位置することが好ましく、さらに、第２半導体層と実質的に同じ高さであることがより好ましい。つまり、凸部の頂部が発光層よりも高くなるように形成されていることが好ましい。凸部を、第２半導体層を含むように構成することにより、それらの頂部が略同じ高さとなるので、後述する第２電極などに遮られることなく、凸部の頂部から第２半導体層側に効果的に光を取り出すことができる。凸部を第２半導体層、好ましくは第２電極よりも高くなるように構成することにより、より効果的に光を取り出すことができる。また、凸部間の凹部は、少なくとも発光層とそれに隣接する第２半導体層との界面より低ければよく、発光層よりも低くなるように形成されていることが好ましい。
【００５１】
凹凸の密度は特に限定されるものではなく、１つの半導体発光素子において、少なくとも１００個以上、好ましくは２００個以上、さらに好ましくは３００個以上、より好ましくは５００個以上とすることができる。これにより、上記効果をより向上させることができる。なお、電極形成面側から見て、凹凸が形成される領域が占める面積の割合は、２０パーセント以上、好ましくは３０パーセント以上、さらに好ましくは４０パーセント以上とすることができる。上限は特に限定されないが、８０パーセント以下とすることが好ましい。また、１つの凸部の面積は、凸部の根本で、３〜３００μｍ2、好ましくは６〜８０μｍ2、さらに好ましくは１２〜５０μｍ2とすることができる。
【００５２】
凸部は、その縦断面形状が、四角形、台形、半円等どのような形状であってもよいが、台形、つまり、凸部自体が徐々に細くなる円錐台形状であることが好ましい。この場合の凸部の傾斜角は、例えば、３０°〜８０°が挙げられ、４０°〜７０°が好ましい。つまり、凸部が先端に向かって徐々に細くなるように傾斜させることにより、発光層からの光を凸部表面にて全反射させて、あるいは、第１半導体層を導波した光を散乱させ、結果として第２半導体層側への光取り出しを効果的に行うことができる。加えて、光の指向性制御がより容易になるとともに、全体としてより均一な光取り出しが可能となる。
【００５３】
なお、凸部は、円錐台形状である場合、台形の上辺（第２半導体層側）において、さらに凹部が形成されていてもよい。これにより、第１半導体層内を導波してきた光が凸部内部に侵入した際に、凸部の頂部に形成された凹部により、第２半導体層側に光が出射されやすくなる。
さらに、凸部は、半導体積層構造の出射端面とほぼ垂直をなす方向において、２以上、好ましくは３以上、少なくとも部分的に重複して配置されていることが好ましい。これにより、発光層からの光が、高確率で凸部に作用させることとなるので、上記効果をより容易に得ることができる。
【００５４】
本発明の半導体発光素子は、通常、フリップチップ実装（フェイスダウン実装）により、支持基板に実装され、半導体発光装置を構成する。
支持基板は、少なくとも発光素子の電極に対向する面に配線が施され、任意に保護素子等が形成されていてもよく、フリップチップ実装された発光素子を固定・支持する。支持基板は、発光素子と熱膨張係数がほぼ等しい材料、例えば、窒化物半導体発光素子に対して窒化アルミニウムが好ましい。これにより、支持基板と発光素子との間に発生する熱応力の影響を緩和することができる。また、静電保護素子等の機能を付加することができ、安価であるシリコンを用いてもよい。配線のパターンは、特に限定されるものではないが、例えば、正負一対の配線パターンが絶縁分離されて互いに一方を包囲するように形成されることが好ましい。
支持基板をリード電極に接続する際には、発光素子に対向する面からリード電極に対向する面にかけて導電部材により配線が施されていてもよい。
【００５５】
保護素子の機能を備える支持基板としては、例えば、Ｓｉダイオード素子のｎ型シリコン基板を利用することができる。このｎ型シリコン基板内に選択的に不純物イオンの注入を行うことにより１以上のｐ型半導体領域を形成し、逆方向ブレークダウン電圧を所定の電圧に設定する。そして、このシリコン基板のｐ型半導体領域及びｎ型半導体領域（ｎ型シリコン基板自体）の上に、ｐ電極及びｎ電極を形成する。これらのｐ電極及びｎ電極の一部は、それぞれボンディングパッドとすることができる。あるいは、ｎ型シリコン基板の下面にＡｕ等からなるｎ電極を形成し、ボンディングパッドとしてもよい。なお、半導体領域には、ｐ電極及び／又はｎ電極として、銀白色の金属材料（例えば、Ａｌ、Ａｇ）からなる反射膜の機能を備える電極が形成されていてもよい。
【００５６】
半導体発光素子を支持基板に実装する場合には、例えば、支持基板にＡｕ等からなるバンプを載置するか、上述した保護素子におけるｐ電極及び／又はｎ電極をバンプとして用いて、半導体発光素子のｐ電極及びｎ電極を、支持基板に形成されたバンプ又は電極に対向させ、電気的および機械的に接続する。接続は、例えば、Ａｕ、共晶材（Ａｕ−Ｓｎ、Ａｇ−Ｓｎ）、ハンダ（Ｐｂ−Ｓｎ）、鉛フリーハンダ等の接合部材によって、超音波接合及び／又は熱処理によって行うことができる。配線とリード電極とを直接接続する構成とするときは、例えば、Ａｕペースト、Ａｇペースト等の接合部材によって行うことができる。Ａｕをバンプとして用いる場合には、超音波と熱とをかけて接続を得るため、発光素子における半導体層にダメージを与える恐れがあるため、半導体発光素子の第２金属膜として、最上層に、Ａｕ（上）／Ｐｔ（下）膜を形成することが好ましい。また、共晶材をバンプとして用いる場合には、熱をかけるのみであるため、第２金属膜としてＡｕ膜を形成するのみでもよいし、第１金属膜はＡｇの単層膜としてもよい。バンプを用いる場合には、バンプの面積が大きく、数が多いことが好ましい。これにより、発光素子からの放熱性を向上させることができるとともに、発光素子の支持基板への接合強度を高めることができる。
【００５７】
なお、保護素子（例えば、ダイオード）が支持基板に形成されている場合には、半導体発光素子と保護素子とは、２つのダイオードの直列接続による双方向ダイオードと、半導体発光素子との並列接続とすることが好ましい。これにより、半導体発光素子は、順方向・逆方向の過電圧から保護され、信頼性の高い半導体装置とすることができる。
【００５８】
本発明の発光素子は、発光素子から光の一部をそれとは異なる波長の光に変換する光変換部材を有していることが好ましい。光変換部材は、少なくとも、発光素子からの発光波長によって励起され蛍光光を発する蛍光物質によって、あるいは蛍光物質と結着材と、任意に無機部材（ガラス、フィラー等）等とを含んで構成される。これにより、発光素子の光を変換させ、発光素子からの光と変換光及び蛍光光とを混色させ、例えば、色度が色度図における黒体放射の軌跡上に位置する白色系の光、色温度Ｔｃｐ＝４６００Ｋ付近において特殊演色評価数Ｒ９が４０付近の光などの白色系、電球色など所望の光を発する発光装置を得ることができる。
【００５９】
光変換部材は、通常、光取出面し側に配置することが好ましい。例えば、光変換部材は、蛍光物質を、後述する発光素子を被覆する封止部材、発光素子がフリップチップ実装されたサブマウントを他の支持体に固着させるダイボンド材、発光素子と支持基板の周囲に設けられる樹脂層、サブマウントおよびパッケージのような支持基体などの各構成部材中および／または各構成部材の周辺に配置させることにより形成することができる。複数の発光素子を１つの支持基板に搭載する場合には、素子間の隙間に配置してもよい。特に、蛍光物質を封止部材と組み合わさる場合には、封止部材の発光観測面側表面を被覆するシート状としてもよいし、その表面および発光素子から離間させた位置に、蛍光体を含む層、シート、キャップあるいはフィルターとして封止部材の内部に設けてもよい。また、フリップチップ実装された発光素子を被覆する場合には、メタルマスク、スクリーン印刷、孔版印刷等により形成してもよい。これにより、均一な膜厚で容易に形成することができる。
【００６０】
光変換部材は、１種の蛍光物質等の単層、２種以上の蛍光物質等が均一に混合された単層、１種又は２種以上の蛍光物質等を含有する単層の２層以上の積層構造として形成することができる。なお、単層を２層以上積層させる場合には、各層に含有される蛍光物質等は、同程度の波長の光を同程度の波長の出射光に波長変換するものであってもよいし、同程度の波長の入射光を異なる波長の出射光に変換するものであってもよい。
色ムラを減少させるためには、各蛍光体の平均粒径及び形状は同程度であることが好ましい。蛍光体の粒径は、例えば、特開２００４−２０７６８８号に記載の体積基準粒度分布曲線により測定することができる。
【００６１】
発光装置の発光色は、蛍光体と結着材と任意に無機部材との比率、蛍光体の比重、蛍光体量および形状、発光素子の発光波長等を適宜選択することにより、混色光の色温度を変化させ、電球色領域の光など任意の白色系の色調とすることができる。発光装置の外部には、発光素子からの光と蛍光体からの光がモールド部材を効率よく透過することが好ましい。
【００６２】
蛍光物質としては、例えば、
(i)希土類アルミン酸塩、
(ii)窒化物又は酸窒化物、
(iii)アルカリ土類ケイ酸塩、アルカリ土類窒化ケイ素、
(iv)アルカリ土類金属ハロゲンアパタイト、
(v)アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン、
(vi)アルカリ土類金属アルミン酸塩、
(vii)硫化物、
(viii)アルカリ土類チオガレート、
(ix)ゲルマン酸塩、
(x)希土類ケイ酸塩、
(xi)Ｅｕ等のランタノイド系元素で主に賦活された有機及び有機錯体等の種々の蛍光物質が挙げられる。これらの蛍光物質は公知のもののいずれをも用いることができる。
【００６３】
特に、(i)希土類アルミン酸塩としては、Ｃｅ等の希土類元素、特にランタノイド系元素で主に賦活されたものが好ましく、代表的には、アルミニウム・ガーネット系（特に、セリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（ＹＡＧ）、ルテチウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（ＬＡＧ）が挙げられる。
【００６４】
ＹＡＧ蛍光物質としては、例えば、特開２００４−２０７６８８号に記載のものが好ましい。具体的には、高輝度かつ長時間の使用を考慮すると、（Ｒｅ1-xＳｍx）3（Ａｌ1-yＧａy）5Ｏ12：Ｃｅ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ≦１、但し、Ｒｅは、Ｙ、Ｇｄ、Ｌａからなる群より選択される少なくとも１種の元素）等が好ましい。つまり、この蛍光物質は、励起スペクトルのピークを４７０ｎｍ付近等にすることができ、５３０ｎｍ付近にあり７２０ｎｍまで裾を引くブロードな発光スペクトルをもたせることができる。特にこの蛍光物質は、Ａｌ、Ｇａ、Ｙ、Ｌａ及びＧｄ、Ｓｍの含有量が異なるものを組み合わせて用いることによりＲＧＢの波長成分を増やすことができる。ＹＡＧ系蛍光体を使用すると、放射照度として（Ｅｅ）＝０．１Ｗ・ｃｍ-2以上１０００Ｗ・ｃｍ-2以下の発光素子とともに用いられた場合にも高効率に十分な耐光性を有する発光装置を得ることができる。
【００６５】
ＬＡＧ蛍光物質は、一般式（Ｌｕ1-a-bＲaＭb）3（Ａｌ1-cＧａc）5Ｏ12（但し、ＲはＣｅを必須とし、Ｃｅ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｒの少なくとも１種の希土類元素である。ＭはＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｇｄから選択される少なくとも１種の元素であり、０．０００１≦ａ≦０．５、０≦ｂ≦０．５、０．０００１≦ａ＋ｂ＜１、０≦ｃ≦０．８である。）で表される蛍光物質でえあり、例えば、（Ｌｕ0.99Ｃｅ0.01）3Ａｌ5Ｏ12、（Ｌｕ0.90Ｃｅ0.10）3Ａｌ5Ｏ12、（Ｌｕ0.99Ｃｅ0.01）3（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）5Ｏ12等が挙げられる。
【００６６】
ルテチウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体は３００ｎｍ〜５５０ｎｍの波長域の紫外線又は可視光により効率よく励起され発光することから、光変換部材に含有される蛍光体として有効に利用することができる。また、温度特性に優れるため、劣化、色ずれの少ない発光装置を得ることができる。
【００６７】
また、(ii)窒化物又は酸窒化物は、Ｎを含み、かつＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、及びＺｎから選択された少なくとも一つの元素と、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＨｆから選択された少なくとも一つの元素とを含む蛍光物質であることが好ましい。また、希土類元素から選択された少なくとも一つの元素で賦活されたものが好ましい。例えば、
ＬxＪyＮ((2/3)x+(4/3)y)：Ｒ
ＬxＪyＯzＮ((2/3)x+(4/3)y-(2/3)z)：Ｒ
ＬxＪyＱtＯzＮ((2/3)x+(4/3)y+t-(2/3)z)：Ｒ
（Ｌは、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎからなる群から選ばれる少なくとも１種の第II族元素である。Ｊは、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆからなる群から選ばれる少なくとも１種の第IV族元素である。Ｑは、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎからなる群から選ばれる少なくとも１種の第III族元素である。Ｒは、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｙｂ、Ｔｍからなる群から選ばれる少なくとも１種の希土類元素であり、Ｌ、Ｊ及びＲは、上記と同義である。ｘ、ｙ、ｚは、０．５≦ｘ≦３、１．１．５＜ｙ≦８、０＜ｔ＜０．５、０＜ｚ≦３である。）
が挙げられる。
【００６８】
さらに、(iii)アルカリ土類ケイ酸塩及びアルカリ土類窒化ケイ素は、例えば、ユウロピウムで賦活されたものが好ましい。例えば、
（２−ｘ−ｙ）ＳｒＯ・ｘ（Ｂａ，Ｃａ）Ｏ・（１−ａ−ｂ−ｃ−ｄ）ＳｉＯ2・ａＰ2Ｏ5ｂＡｌ2Ｏ3ｃＢ2Ｏ3ｄＧｅＯ2：ｙＥｕ2+
（式中、０＜ｘ＜１．６、０．００５＜ｙ＜０．５、０＜ａ、ｂ、ｃ、ｄ＜０．５である。）
（２−ｘ−ｙ）ＢａＯ・ｘ（Ｓｒ，Ｃａ）Ｏ・（１−ａ−ｂ−ｃ−ｄ）ＳｉＯ2・ａＰ2Ｏ5ｂＡｌ2Ｏ3ｃＢ2Ｏ3ｄＧｅＯ2：ｙＥｕ2+
（式中、０．０１＜ｘ＜１．６、０．００５＜ｙ＜０．５、０＜ａ、ｂ、ｃ、ｄ＜０．５である。）
等が挙げられる。
【００６９】
アルカリ土類金属ハロゲンアパタイト蛍光物質としては、好ましくは、Ｅｕ等のランタノイド系及び／又はＭｎ等の遷移金属系の元素により主に賦活されたものであり、例えば、Ｍ5（ＰＯ4）3Ｘ：ＲE （Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上；Ｘは、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉから選ばれる少なくとも１種以上；ＲEは、Ｅｕ及び／又はＭｎである。）等が挙げられる。例えば、カルシウムクロルアパタイト（ＣＣＡ）、バリウムクロルアパタイト（ＢＣＡ）、あるいはＣａ10（ＰＯ4）6ＦＣｌ：Ｓｂ，Ｍｎ等が例示される。
【００７０】
アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光物質としては、Ｍ2Ｂ5Ｏ9Ｘ：ＲE（Ｍ、Ｘ及びＲEは、上記と同義である）等が挙げられる。例えば、カルシウムクロルボレート（ＣＣＢ）等が例示される。
アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光物質としては、ユウロピウムおよび／またはマンガンで賦活されたが好ましく、例えば、ユーロピウム賦活ストロンチウムアルミネート（ＳＡＥ）、バリウムマグネシウムアルミネート（ＢＡＭ）、あるいは、ＳｒＡｌ2Ｏ4：ＲE、Ｓｒ4Ａｌ14Ｏ25：ＲE、ＣａＡｌ2Ｏ4：ＲE、ＢａＭｇ2Ａｌ16Ｏ27：ＲE、ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：ＲE、ＣａＡｌ2Ｏ4：Ｅｕ、ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ，Ｍｎ（ＲEは、Ｅｕ及び／又はＭｎである。）等が挙げられる。
【００７１】
アルカリ土類ケイ酸塩、アルカリ土類窒化ケイ素としては、
Ｍｅ（３−ｘ−ｙ）ＭｇＳｉ2Ｏ3：ｘＥｕ，ｙＭｎ
（式中、０．００５＜ｘ＜０．５、０．００５＜ｙ＜０．５、Ｍｅは、Ｂａおよび／またはＳｒおよび／またはＣａを示す。）
が挙げられ、具体的には、Ｍ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ、ＭＳｉ7Ｎ10：Ｅｕ、Ｍ1.8Ｓｉ5Ｏ0.2Ｎ8：Ｅｕ、Ｍ0.9Ｓｉ7Ｏ0.1Ｎ10：Ｅｕ
（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。）等が挙げられる。
【００７２】
硫化物としては、ＣａＳ：Ｅｕ、ＳｒＳ：Ｅｕ等のアルカリ土類硫化物の他、Ｌａ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ、Ｙ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ、Ｇｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ、ＺｎＳ：Ｅｕ、ＺｎＳ：Ｍｎ、ＺｎＣｄＳ：Ｃｕ、ＺｎＣｄＳ：Ａｇ，Ａｌ、ＺｎＣｄＳ：Ｃｕ，Ａｌ、（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）Ｇａ2Ｓ4：Ｅｕ等が挙げられる。
(vii)アルカリ土類チオガレートとしては、ＭＧａ2Ｓ4：Ｅｕ（Ｍは、上記と同義である。）等が挙げられる。
ゲルマン酸塩としては、３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ2・ＧｅＯ2：Ｍｎ、Ｚｎ2ＧｅＯ4：Ｍｎ等が挙げられる。
【００７３】
希土類ケイ酸塩としては、Ｙ2ＳｉＯ5：Ｃｅ、Ｙ2ＳｉＯ5：Ｔｂ等が挙げられる。
有機及び有機錯体としては、特に限定されず、いずれの公知のものを用いてもよい。例えば、Ｍｇ6Ａｓ2Ｏ11：Ｍｎ等が挙げれる。好ましくはＥｕ等のランタノイド系元素で主に賦活されたものであるが、任意に、Ｅｕに代えて又は加えて、上述した希土類元素ならびにＣｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉ及びＭｎからなる群から選択される少なくとも１種を用いてもよい。
【００７４】
蛍光体は、例えば、以下の表に示されるように単独で又は組み合わせて用いることにより、所望の色温度を有する発光色および高い色再現性を得ることができる。
【００７５】
【表１】
2006245230.tif 000003
【００７６】
結着材としては、例えば、無機ガラス、イットリアゾル、アルミナゾル、シリカゾル等の無機物質；ポリオレフィン系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、アクリレート樹脂、メタクリル樹脂（ＰＭＭＡ等）、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂（例えばジメチルシロキサン系、メチルポリシロキサン系等）、変性シリコーン樹脂、変性エポキシ樹脂等の１種又は２種以上等の樹脂;金属アルコキシド、金属ジケトナート、金属ジケトナート錯体、カルボン酸金属塩等の有機金属化合物を出発原料としてゾルゲル法により形成した透光性材料；液晶ポリマー等の有機物質が挙げられる。光変換部材を、蛍光物質等と結着材とで構成する場合には、蛍光物質等と結着材とは、０．１〜１０：１程度の重量比の範囲で用いることが好ましい。
【００７７】
無機部材としては、例えば、シリカ、石英、酸化チタン、酸化錫、酸化亜鉛、一酸化錫、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化ベリリウム、酸化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、ＳｉＣ、炭酸カルシウム、炭酸カリウム、炭酸バリウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、ほう酸アルミニウム、チタン酸バリウム、リン酸カルシウム、珪酸カルシウム、クレー、硫酸バリウム、白土、無機バルーン、タルク、ゼオライト、ハロイサイト、金属片（銀粉等）等が挙げられる。無機部材は、例えば、光変換部材全体量の０．１〜８０重量％で含有させることができる。
【００７８】
光変換部材は、例えば、上述した蛍光物質等を、任意に無機部材とともに、結着材中に混合し、必要があれば適当な溶媒を用いて、ポッティング法、スプレー法、スクリーン印刷法、注型法、圧縮法、トランスファー法、射出法、押し出し法、積層法、カレンダー法、真空被覆法、粉末噴霧被覆法、静電堆積法等により所望の形状に形成することができる。また、蛍光物質等と、任意に無機部材及び適当な溶媒とともに混合し、任意に加熱しながら、加圧により成型する方法、電着等を利用してもよい。
【００７９】
本発明の半導体発光素子は、封止部材により封止されていることが好ましい。これにより、半導体素子などを外部環境からの外力、塵芥や水分などから保護することができる。また、その形状を適宜調整することによって、発光素子から放出される光の指向特性、例えば、レンズ効果を付与し、制御することができる。封止部材の形状は、例えば、凸レンズ形状又はドーム型、凹レンズ形状など、発光観測面側から見て楕円状、立方体、三角柱など種々の形状とすることができる。封止部材としては、上述の結着材、無機部材と同様の材料を用いることができる。また、外来光や発光素子からの不要な波長をカットするフィルター効果を得るために各種着色剤、蛍光物質等を添加させてもよい。
【００８０】
なお、窒化物半導体層にオーミック接続された電極とは、第２導電型半導体層に接続された第２電極及び／又は第１導電型半導体層に接続された第１電極を指す。なかでも、半導体発光素子の全面又は全面に近い面積で形成されるｐ電極であることが好ましい。これにより、発光層で発生した光を、上述した銀を含む電極によってより効率よく反射することができ、反射光を有効に利用することができる。
【００８１】
ただし、窒化物半導体層にオーミック接続された電極は、必ずしもいずれか一方の電極のみならず、ｐ電極及びｎ電極の双方において、上述した材料を適宜選択して、あるいは、全く同じ積層構造で形成してもよい。このように、双方の電極において、銀又は銀合金を第１金属膜として形成することにより、ｎ電極が形成された領域下においても、つまり、半導体発光素子の略全面で、光を反射させることができ、光取り出し効率をより向上させることができる。また、ｎ電極において、第１金属膜上に第２金属膜を形成することにより、熱処理を行った後においても、ショットキー接続となることを防止し、信頼性の高いｎ電極を得ることが可能となる。
【００８２】
以下に、本発明の半導体発光素子を図面に基づいて詳細に説明する。
実施例１
この実施例の半導体発光素子を図１に示す。
この半導体発光素子１は、サファイア基板２の上に、Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなるバッファ層（図示せず）、ノンドープＧａＮ層（図示せず）が積層され、その上に、ｎ型半導体層３として、ＳｉドープＧａＮよりなるｎ側コンタクト層、ＧａＮ層（４０Å）とＩｎＧａＮ層（２０Å）とを交互に１０回積層させた超格子のｎ型クラッド層が積層され、さらにその上に、ＧａＮ層（２５０Å）とＩｎＧａＮ層（３０Å）とが交互に３〜６回積層された多重量子井戸構造の発光層４、ｐ型半導体層５として、ＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層（４０Å）とＭｇドープＩｎＧａＮ層（２０Å）とが交互に１０回積層された超格子のｐ型クラッド層、ＭｇドープＧａＮよりなるｐ側コンタクト層がこの順に積層されて構成される。
【００８３】
ｎ型半導体層３の一部の領域においては、その上に積層された発光層４及びｐ型半導体層５が除去され、さらにｎ型半導体層３自体の厚さ方向の一部が除去されて露出しており、その露出したｎ型半導体層３上にｎ側電極９として、ｎ側オーミック電極（Ａｌ）及びパッド電極（Ｐｔ／Ａｕ）が形成されている。  
ｐ型半導体層５上には、膜厚１０００ÅのＡｇ膜からなる金属膜６が形成されており、この金属膜６の全外周に溝１１０が形成されている。この溝１１０は、その端部が金属膜６の端部と略一致しており、幅が５μｍ程度、深さが１０Å程度である。
金属膜６の上には、金属膜６を完全に被覆するとともに、溝１１０内を完全に埋設するように、膜厚１０００ÅのＰｔ膜からなるパッド電極７が形成されている。また、電極が形成されていない半導体層の上面及び側面から、パッド電極７及びｎ側電極９の一部上にわたって、膜厚６０００ÅのＳｉＮ膜からなる絶縁膜１０が形成されている。
【００８４】
このような半導体発光素子は、以下の製造方法により形成することができる。
＜半導体層の形成＞
２インチφのサファイア基板２の上に、ＭＯＶＰＥ反応装置を用い、Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなるバッファ層を１００Å、ノンドープＧａＮ層を１．５μｍ、ｎ型半導体層３として、ＳｉドープＧａＮよりなるｎ側コンタクト層を２．１６５μｍ、ＧａＮ層（４０Å）とＩｎＧａＮ層（２０Å）とを交互に１０回積層させた超格子のｎ型クラッド層を６４０Å、ＧａＮ層（２５０Å）とＩｎＧａＮ層（３０Å）とを交互に３〜６回積層させた多重量子井戸構造の発光層４、ｐ型半導体層５として、ＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層（４０Å）とＭｇドープＩｎＧａＮ層（２０Å）とを交互に１０回積層させた超格子のｐ型クラッド層を０．２μｍ、ＭｇドープＧａＮよりなるｐ側コンタクト層を０．５μｍの膜厚でこの順に成長させ、ウェハを作製した。
【００８５】
＜エッチング＞
得られたウェハを反応容器内で、窒素雰囲気中、６００℃にてアニールし、ｐ型クラッド層及びｐ側コンタクト層をさらに低抵抗化した。
アニール後、ウェハを反応容器から取り出し、最上層のｐ側コンタクト層の表面に所定の形状のマスクを形成し、エッチング装置でマスクの上からエッチングし、ｎ側コンタクト層の一部を露出させた。
【００８６】
＜電極の形成＞
マスクを除去した後、スパッタ装置にウェハを設置し、Ａｇターゲットをスパッタ装置内に設置した。スパッタ装置によって、スパッタガスとしてアルゴンガスを用い、ウェハのｐ側コンタクト層のほぼ全面に、Ａｇ膜を１０００Åの膜厚で形成した。
得られたＡｇ膜を、レジストパターンを用いて所定の形状にパターニングした。続いて、Ａｇ膜より大きな窓を有する所定形状のレジストパターンを形成し、Ａｇ膜及びレジストパターンをマスクとして用いて、エッチングし、幅が５μｍ程度、深さが１０Å程度の溝を形成する。
その後、レジストパターンを残したまま、ｐ側コンタクト層の全面にＰｔ膜を膜厚１０００Åで形成し、リフトオフ法によりＰｔ膜を、Ａｇ膜の全面を覆うパッド電極７とした。
次いで、アニール装置にて、ｐ側コンタクト層等の半導体層の素子特性に影響を与えず、ＡｇとＰｔとが混ざらない温度以下の温度で熱処理を施した。また、露出したｎ側コンタクト層上に、Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕからなるｎ側電極９を７０００Åの膜厚で形成した。
【００８７】
＜絶縁膜の形成＞
ｎ側電極９及びパッド電極７を含むｐ側コンタクト層及びｎ側コンタクト層上に、レジストにより所定のパターンを有するマスクを形成し、その上にＳｉＮ膜を６０００Åで形成し、リフトオフ法により、ｎ電極９及びパッド電極７の一部を被覆する絶縁膜１０を形成した。
得られたウェハを所定の箇所で分割することにより、半導体発光素子１を得た。
【００８８】
以上のようにして形成した半導体発光素子について、温度８５℃、湿度８５％の雰囲気中、Ｉｆ＝２０ｍＡの条件で通電したところ、１００００時間連続通電した後においても、その断面におけるＳＥＭ観察ではＡｇのマイクレーションが認められず、かつリーク電流の発生は認められなかった。
また、上層金属膜は半導体層と強固に密着しており、剥がれは認められなかった。これに伴い、電極に電流を投入した際、下層金属膜であるＡｇ膜直下において、上層金属膜が接触した領域の直下においてよりも発光が強く、十分な光閉じ込めが行われていることが確認された。
【００８９】
比較のために、溝１１０を形成しない以外は、上述した半導体発光素子と同様の発光素子を形成した。
この半導体発光素子では、温度８５℃、湿度８５％の雰囲気中、Ｉｆ＝２０ｍＡの条件で通電したところ、リーク電流が断続的に発生し、素子の寿命は、１０００時間以下であった。
また、その断面におけるＳＥＭ観察ではＡｇがｎ側コンタクト層側に析出されていることが確認された。
【００９０】
実施例２
この実施例の半導体発光素子は、実施例１における銀電極に代えて、Ｐｔ（上）／Ｎｉ（中）／Ａｇ（下）の積層膜を１０００Å／１０００Å／１０００Åで形成し、ｐ電極及びｎ電極形成後のアニール温度を６００℃程度まで上昇させた以外、実施例１の半導体発光素子と同様の構成の半導体発光素子を得た。
得られた半導体発光素子においても、実施例１と同様に通電したところ、１００００時間通電した後においても、オーミック性が良好で、マイクレーションが発生せず、高品質で信頼性の高い半導体発光素子を得ることができた。
【００９１】
さらに、通電する前後において、Ａｇ電極は、ｐ側コンタクト層との界面付近において、１０〜１００ｎｍ程度の結晶粒が観察され、オーミック特性も変化なく、良好であった。
加えて、Ａｇ電極の上面が、Ａｇと反応しないＮｉで覆われているため、ＡｇとＮｉとの合金化を回避することができ、窒化物半導体層の直上にＡｇを高密度で配置することができるために、反射効率が良好であり、一層、光の取り出し効率が向上した。
【００９２】
実施例３
この実施例の半導体発光素子は、図２に示したように、実施例１における溝１１０を、幅３μｍ、深さ１０Åの溝２１を複数、例えば、３つとした以外、実施例１と実質的に同様の構成の半導体発光素子を、それぞれ得た。
得られた半導体発光素子は、いずれも、実施例１と同様に、オーミック性が良好で、マイグレーションが発生せず、反射効率が高く、高品質で信頼性の高い半導体発光素子を得ることができた。
【００９３】
実施例４
この実施例の半導体発光素子は、実施例１における溝を、図３に示したように、ｐ側のＡｇ膜６とｎ側電極９との間であって、電子の流れが交差する領域にのみ形成した溝３１とした以外、実施例１と実質的に同様の構成の半導体発光素子を、それぞれ得た。ただし、図３においては絶縁膜を省略した。
得られた半導体発光素子は、いずれも、実施例１と同様に、オーミック性が良好で、マイグレーションが発生せず、反射効率が高く、高品質で信頼性の高い半導体発光素子を得ることができた。
【００９４】
実施例５
この実施例の半導体発光素子は、金属膜の上に、Ｐｔ膜からなる第２金属膜を形成し、パッド電極を形成せずに、第２金属膜をパッド電極をも兼ねた電極として形成した以外、実施例１と同様の半導体発光素子を得た。
得られた半導体発光素子では、実施例１と同様の条件で通電したところ、実施例１の半導体発光素子とほぼ同様の結果が得られた。
【００９５】
実施例６
この実施例の半導体発光素子は、図４に示したように、電極形成領域におけるｐ型半導体層５の膜厚を、いわゆる溝に対応する領域と同じにし、電極形成領域に隣接して、幅（Ａ）５μｍ、深さ１０Åの溝４１０を形成する以外は、実施例１と実質的に同様の構成の半導体発光素子を得た。
得られた半導体発光素子は、いずれも、実施例１と同様に、オーミック性が良好で、マイグレーションが発生せず、反射効率が高く、高品質で信頼性の高い半導体発光素子を得ることができた。
【００９６】
実施例７
この実施例の半導体発光素子は、図５に示したように、ｐ型半導体層５の最外周を、電極形成領域におけるｐ型半導体層５の膜厚と同じにする以外は、実施例１と実質的に同様の構成の半導体発光素子を得た。
得られた半導体発光素子は、いずれも、実施例１と同様に、オーミック性が良好で、マイグレーションが発生せず、反射効率が高く、高品質で信頼性の高い半導体発光素子を得ることができた。
【００９７】
実施例８
Ａｇ膜及びレジストパターンをマスクとして用いて、１００Ｗで３分間の条件でＡｒスパッタリングを行った以外は、実施例１と実質的に同様の構成の半導体発光素子を得た。
Ａｒスパッタリングは、ウエハを保持する側がマイナスとなるように電圧をかけることで、Ａｒ+がウエハの表面をスパッタする。このスパッタリングにより、幅が５μｍ程度、深さが１０ｎｍ程度の溝（図１中、１１０）が形成された。
得られた半導体発光素子は、実施例１と同様に、オーミック性が良好で、マイグレーションが発生せず、反射効率が高く、高品質で信頼性の高い半導体発光素子を得ることができた。
【００９８】
実施例９
この実施例の半導体発光素子２２は、図６（ａ）及び（ｂ）に示したように、実施例１と同様に、サファイア基板１１の上に、バッファ層１２、ノンドープＧａＮ層１３、ｎ側コンタクト層１４、ｎ型クラッド層１５、多重量子井戸構造の活性層１６、ｐ型クラッド層１７、ｐ側コンタクト層１８がこの順に積層されて構成されている。ｐ側コンタクト層１８上に、ほぼ全面に、Ａｇ膜２２が形成され、さらにその上に、第２金属膜２１としてＰｔ（上）／Ｎｉ（下）膜が積層されてｐ電極が形成されており、露出領域上には、ｎ電極１９が形成されている。また、Ａｇ膜２２の外周であって、ｐ側コンタクト層１８表面には、溝２４が形成されている。
【００９９】
さらにこの半導体発光素子２２では、ｐ型半導体層及び活性層１６が除去され、ｎ側コンタクト層１８が露出した露出領域であって、ｎ電極１９形成されていない半導体発光素子２２の外縁領域に、活性層１６及びｐ型半導体層とほぼ同じ高さの円錐台形状の凸部２０が複数個形成されている。
この凸部２０の大きさは、その付け根付近で２０μｍ2程度であり、この凸部の総数は８００個程度、１つの発光素子における凸部２０の占有面積は約１６％である。
このような半導体発光素子では、実施例１の効果に加えて、凸部を形成したことにより、凸部が形成されていない素子に比較して、Φｖは約１０％程度向上することがわかった。
【０１００】
実施例１０
この実施例では、図７に示したように、実施例１に示した半導体発光素子１を、実装基体２０１に、フリップチップ実装することにより発光装置を形成した。
この発光装置は、リード２０３が固定された実装基体２０１を含むパッケージ２１２の凹部２０２に、接着層２０４を介してサブマウント基板２０５に載置されたＬＥＤチップ１が実装されて構成されている。凹部２０２の側面は反射部２０６として機能し、実装基体２０１は放熱部として機能し、外部放熱器（図示せず）に接続されている。また、実装基体２０１には、凹部２０２の外部にテラス部２０７が形成されており、ここに、保護素子（図示せず）が実装されている。実装基体２０１の凹部２０２の上方には、光取り出し部２０８として開口部が形成されており、この開口部に、透光性の封止部材２０９が埋設されて封止されている。
このような構成により、ｐ電極のＡｇ膜により高効率で光を反射させることができ、半導体発光素子の基板側からの光の取り出し効率を一層向上させることができる。
【０１０１】
実施例１１
この実施例では、図８に示したように、実施例１に示した半導体発光素子１を、サブマウント部材１６０を介してステム１２０の凹部１２０ａ内に、フリップチップ実装することにより発光装置を形成した。
【０１０２】
ステム１２０は、第１のリード１２１と第２のリード１２２とが樹脂によって一体成型されており、第１のリード１２１及び第２のリード１２２の端部の一部が、ステムの凹部１２０ａ内で露出している。露出している第２のリード１２２の上に、サブマウント部材１６０が載置されている。このサブマウント部材１６０上であって、凹部１２０ａの略中央に、ＬＥＤチップ２００が載置されている。サブマウント部材１６０に設けられた電極１６１は、ワイアを介して第１のリード１２１と電気的に接続され、また、電極１６２は、ワイアを介して第２のリード１２２と電気的に接続されている。
【０１０３】
ステムの凹部１２０ａ内には、蛍光体１５０を含む封止部材１３１が埋設されており、さらにその上に、封止部材１４１が封止部材１３１及びステム１２０の一部を被覆している。
なお、この発光装置においては、サブマウント部材を介さず、半導体発光素子１を直接リードにマウントし、超音波振動装置を用いて鉛フリーの半田バンプを介してボンディングして電気的に接続してもよい。
このような構成により、ｐ電極のＡｇ膜により高効率で光を反射させることができ、半導体発光素子の基板側からの光の取り出し効率を一層向上させることができる。
【０１０４】
実施例１２
この実施例の半導体発光素子３０は、図９（ａ）に示したように、エッチングにより、ｎ型半導体層は、ｎパッド電極が形成される端部３１から発光素子の中央方向に向かって細くなった括れ部３２を有し、互いに対向する一対の括れ部３２を結ぶように延伸部３３を有した形状で、露出している。また、延伸部３３を挟む領域に、ｐ型半導体層が形成されている。
これらの構成以外は、実施例１と実質的に同様の積層構造を有する。
【０１０５】
なお、図９（ｂ）に示したように、延伸部３３を挟む領域に形成されたｐ型半導体層の上には、Ｐｔ（上）／Ｎｉ（中）／Ａｇ（下）の積層膜と、第２金属膜３４としてＰｔ（上）／Ａｕ（下）膜が形成されており、Ｐｔ（上）／Ｎｉ（中）／Ａｇ（下）の積層膜の外周であって、ｐ型半導体層の表面には溝（図示せず）が形成されている。さらに、ｎ型半導体層上であって、端部３１から括れ部３２及び延伸部３３の上には、ｎ電極３５が形成されている。また、これら第２金属膜３４及びｎ電極３５の上には、パッド電極３６、３７がそれぞれ形成されている。パッド電極３６、３７は、同じ材料で同時に形成することができ、これにより、電極を形成するための製造工程数を減らすことができる。
【０１０６】
このように構成される半導体発光素子３０は、図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、窒化アルミニウム板に、例えば、めっきにより形成されたＡｕからなる導体配線４０、４１が形成された支持基板４２に、ｐ及びｎパッド電極、バンプ電極を介して２つ並列接続でフリップチップ・ボンディングされて、発光装置４３を構成する（図１０（ｃ））。
【０１０７】
導体配線４０、４１は、正負一対の電極として、互いに絶縁分離され、かつ互いに一部を包囲するように櫛状に形成されている。
支持基板４２に配置される正（＋）極側の導体配線４０、外部電極（図示せず）の正極側に接続される領域から、一方の発光素子のｐパッド電極に対向する位置を経由して他方の発光素子のｐパッド電極に対向する位置まで延伸している。同様に、支持基板４２に配置される負（−）極側の導体配線４１は、一方の発光素子及び他方の発光素子の一方のｎパッド電極に対向する領域から、外部電極（図示せず）の負極側に接続される領域、および他方の発光素子の他方のｎパッド電極に対向する領域を経由して、一方の発光素子の他方のｎパッド電極に対向する領域まで延伸している。また、支持基板４２に垂直な方向から見て、負極側の導体配線４１の外縁は、正極側の導体配線４０の方向に凸な多数の円弧状の形状を有し、一方、正極側の導体配線４０の外縁部は、負極側の凸状の外縁に対応するような凹形状を有している。なお、半導体発光素子３０のｐパッド電極３６に対向する領域の面積は、ｎパッド電極３７に対向する領域の面積より大きく、ｐパッド電極３６がｎパッド電極３７の数よりも多く設定されている。
【０１０８】
このような支持基板４２に半導体発光素子３０を２つ並列接続で実装することにより、直列接続とした場合と比較して、導体配線が簡略化される。しかも、導体配線４０、４１が櫛状で形成されることと相まって、フリップチップ実装された半導体発光素子３０からの放熱性をより向上させることができる。
【０１０９】
また、半導体発光素子３０と支持基板４２とが、バンプ電極４４でボンディングされている領域以外の領域においては、半導体発光素子３０と支持基板４２との間にシリコーン樹脂によって樹脂層３９が配置されている。シリコーン樹脂は、支持基板４２表面に対するスクリーン印刷によって形成することができる。そして、シリコーン樹脂による樹脂層３９のバンプ電極４４形成領域には貫通孔が設けられ、導体配線４０、４１の表面が露出している。なお、樹脂層３９における貫通孔の内壁は、テーパー形状である。このような形状とすることによりバンプ電極４４での接続を容易に行うことができる。
【０１１０】
バンプ電極４４は、Ａｕからなり、ｐパッド電極３６を接合するバンプを２４個、ｎパッド電極３７を接合するバンプを１２個とし、１×２ｍｍの大きさの発光素子に対して最大径が約１０５μｍ、最大高さが約４０μｍの大きさに設定されボンディングされている。
バンプによるボンディングは、発光素子の正負両電極が、バンプの直上にてそれぞれ対向するように、発光素子を、樹脂層の上面に載せて接触させ、発光素子の基板側から加圧しながら超音波を当てることにより、バンプを介して発光素子の正負両電極と導体配線とを接合する。このとき、シリコーン樹脂は、柔らかく弾力性に富むため、圧力によって収縮し、ＬＥＤチップの電極面の隙間にもよく入り込む。また、貫通孔内のバンプ数は、ダイボンドにより押し縮められたシリコーン樹脂の弾性力よりも発光素子の電極と、導体配線との接合力のほうが十分大きくなるように、ダイボンド前に予め調節しておく。このようにすると、発光素子が、シリコーン樹脂の弾性力によって支持基板とは逆の方向へ押し戻されることがなく、発光素子の電極と導体配線との接合の強度が一定に保たれ、発光素子の電極と導体配線との導通が断たれることはないため、信頼性の高い発光装置とすることができる。
【０１１１】
支持基板は、所望の数、図１０においては、２つの発光素子が含まれるように、カットされ、パッケージに搭載され、導電性ワイヤを介して外部電極と接続され、発光装置となる、なお、カット後の支持基板の形状は、矩形の他、どのような形状でもよい。
【０１１２】
このような構成とすることにより、熱が籠もりやすい発光素子において、内側の熱を、載置されるバンプの数が相対的に多く、広い導体配線にて放熱させることができ、発光素子の放熱性が向上し、高輝度発光が可能かつ信頼性の高い発光装置とすることができる。
また、樹脂層の存在により、半導体発光素子と支持基板との間の隙間をほぼなくすことができ、隙間に存在する空気に起因する複雑な光の屈折を防止して光の取り出し効率を向上させることができるとともに、樹脂層により熱伝導を促進することが可能となり、放熱効果の向上を図ることができる。
【０１１３】
しかも、このような構成により、発光素子からの光がｐ電極を構成する最下層のＡｇ膜によって、高効率で反射させることができ、フリップチップ実装された発光素子におけるサファイア基板側からの光取り出し効率をより一層向上させることができる。
【０１１４】
実施例１３
この実施例における発光装置は、フィラーとして酸化アルミニウムを含むシリコーン樹脂を用い、バンプの高さ以上までスキージングし、スクリーン印刷を行って、樹脂層を形成する以外、実質的に実施例８と同様である。
これにより、より放熱効果を高めた、光取り出し効率の高い発光装置を得ることができる。
【０１１５】
実施例１４
この実施例の発光装置４５は、図１１に示したように、フリップチップ実装された半導体発光素子３０と半導体発光素子３０との間に生じた間隙に、透光性の樹脂層３９ａが埋め込まれており、さらに、それらの発光素子３０の光出射面側および樹脂層３９ａの上面に、面一に、発光素子３０からの光の少なくとも一部を吸収し異なる波長を有する光を発する蛍光体を含有する波長変換部材４７が形成されている以外、実質的に実施例１１の発光装置と同様である。
なお、蛍光体は、波長変換部材４７中のみならず、樹脂層３９、３９ａの双方に含有されていてもよいし、樹脂層３９、３９ａのいずれか一方又は双方にのみ含有されていてもよい。
このように、樹脂層３９ａが発光素子の少なくとも側面を被覆することにより、波長変換部材４７が、その形成工程において半導体発光素子３０の側面側に入り込むことを防ぐことができる。
【０１１６】
実施例１５
この実施例では、図１２に示したように、ＬＥＤチップ２００を、実装基体２０１に、フェイスアップ実装することにより発光装置を形成する。
この発光装置は、リード２０３と絶縁分離された実装基体２０１を含むパッケージ２１２の凹部２０２に、ＬＥＤチップ２００が接着層２０４を介して固定されている。この凹部２０２は、その側面が反射部２０６として機能し、開口方向に向かって広くなる形状（テーパー形状）である。このような形状により、ＬＥＤチップ２００から出た光が凹部２０２の側面に反射してパッケージ正面に向かうため、光取り出し効率を向上させることができる。実装基体２０１は、例えば、ガラスエポキシ樹脂又はセラミック等によって形成されている。また、接着層２０４は、例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂である。実装基体２０１は放熱部として機能し、外部放熱器（図示せず）に接続されている。このように、実装基体２０１とリード２０３とを分離するとともに、放熱を確保することができる構成により、熱設計に優れた発光装置を得ることができる。
【０１１７】
また、実装基体２０１の凹部２０２内及びその上方は、光透過性の封止部材２０９が埋設され、さらに光学レンズ形状に成形されている。光学系（レンズ）を設けることにより、所望の指向性の発光を得ることができる。
さらに、ＬＥＤチップ２００の電極は、それぞれワイヤ２１０によってリード２０３と電気的に接続され、パッケージ外部におよんでいる。
【０１１８】
パッケージ２１２は、外部電極と一体的に形成していてもよく、さらに、複数の部品に分割され、はめ込みなどにより組み合わせて用いられる。このようなパッケージ２１２は、インサート成形などにより比較的簡単に形成することができる。パッケージ材料が金属の場合には、紫外線を含む光を発光するＬＥＤチップを用いた発光装置を高出力で使用しても、紫外線によって劣化、黄変等して、発光効率低下、機械的強度の低下を招くことがなく、発光装置の寿命を向上させることができる。
なお、ワイヤ２１０は、特に限定されるものではないが、例えば、金、銅、白金、アルミニウム等の金属及びそれらの合金を用い、１０〜７０μｍ程度の直径である。
【０１１９】
また、封止部材２０９は、発光装置の使用用途に応じてＬＥＤチップ２００、ワイヤ２１０、任意に、蛍光体が含有されたコーティング層などを外部から保護するため、あるいは光取り出し効率を向上させるために設けられる。封止部材２０９は、モールド部材に拡散剤を含有させることによってＬＥＤチップ２００からの指向性を緩和させ、視野角を増やすこともできる。
なお、この実施例及び上述のいずれの実施例においても、金属製の基体に凹部を設けて、発光素子を実装し、基体と絶縁分離されたリードに電気的に接続させて気密封止したもの、ＣＯＢのように金属基板上の凹部に直接ＬＥＤチップを実装してもよい。また、１つの実装基体に又は１つの凹部内に、複数の素子を集積実装したもの、発光素子を実装した基体を複数設けたもの等であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１２０】
本発明の半導体発光素子は、バックライト光源、ディスプレイ、照明、車両用ランプ等の各種光源を構成する半導体発光素子に好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】本発明における半導体発光素子の実施の形態を示す断面図である。
【図２】本発明の半導体発光素子の別の実施の形態を示す断面図である。
【図３】本発明の半導体発光素子のさらに別の実施の形態を示す断面図（ａ）及び平面図（ｂ）である。
【図４】本発明の半導体発光素子のさらに別の実施の形態を示す断面図である。
【図５】本発明の半導体発光素子のさらに別の実施の形態を示す断面図である。
【図６】本発明における半導体発光素子のさらに別の実施の形態を示す上面図（ａ）及び部分断面図（ｂ）である。
【図７】本発明における半導体発光素子を実装した発光装置を示す断面図である。
【図８】本発明における半導体発光素子を実装した別の発光装置を示す断面図である。
【図９】本発明における半導体発光素子における電極の配置を示す上面図（ａ）及びパッド電極の配置を示す上面図（ｂ）である。
【図１０】本発明における半導体発光素子を実装するための支持基板の上面図（ａ）、実装した発光装置の回路図（ｂ）及び発光装置を示す断面図（ｃ）である。
【図１１】本発明における半導体発光素子を実装した発光装置を示す断面図である。
【図１２】本発明における半導体発光素子を実装したさらに別の発光装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１２２】
１、３０、７０  半導体発光素子
２、１１  サファイア基板
３  ｎ型半導体層
４  発光層
５  ｐ型半導体層
６  金属膜
７  パッド電極
９、１９、３５  ｎ電極
１０  絶縁膜
１２  バッファ層
１３  ノンドープＧａＮ層
１４  ｎ側コンタクト層
１５  ｎ型クラッド層
１６  活性層
１７  ｐ型クラッド層
１８  ｐ側コンタクト層
２０  凸部
２１  第２金属膜
２２  Ａｇ膜
２４  溝
３１  端部
３２  括れ部
３３  延伸部
３６、３７  パッド電極
３８  ｐパッド電極
３９、３９ａ  樹脂層
４０、４１  導体配線
４２  支持基板
４３  発光装置
４７  波長変換部材
１１０、２１０、３１０、４１０  溝
１２０  ステム
１２０ａ  凹部
１２１  第１のリード
１２２  第２のリード
１３１、１４１  封止部材
１５０  蛍光体
１６０  サブマウント部材
１６１、１６２  電極
２００  ＬＥＤチップ
２０１  実装基体
２０２  凹部
２０３  リード
２０４  接着層
２０５  サブマウント基板
２０６  反射部
２０７  テラス部
２０８  光取り出し部
２０９  封止部材
２１０  ワイヤ
２１１  内表面
２１２  パッケージ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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